鲁达 采用特细砂作为细骨料配制水泥砌筑砂浆,探求其质量是否能满足工程建设要求。通过试验研究了灰砂比、水泥用量、用水量、砂子用量等因素对特细砂砂浆性能的影响,并对砌筑砂浆配合比进行了设计。结果表明:用特细砂配制的砂浆7、28d抗压强度比用中砂配制的砂浆的强度小。灰砂比为1:2.8和1:3.2时,P.S42.5水泥配制的砂浆的抗压强度大于P.S32.5水泥配制的砂浆。砂浆强度与灰砂比密切相关,灰砂比是衡量砂浆强度的一个计算变量。粉煤灰掺量在30%以内,砂浆的抗压强度都比不掺粉煤灰时有所增大,掺量为10%的砂浆抗压强度增长的速率最快,其抗压强度也最大。
砂是一种重要的建筑工程材料,主要应用于配制建筑用混凝土,特细砂的细度模数一般小于0.15,平均粒径小于0.25mm,目前国内的一些工程实例证明了其在工程上的应用价值。砂浆是由胶凝材料(水泥、石灰、黏土等)、细骨料(砂)、掺和料和水按适当的比例配制而成的,广泛用于堤坝、护坡、桥涵及房屋建筑等砖石结构物的砌筑,还可用于结构物表面的抹面等起着黏结衬垫和传递应力的作用。采用特细砂配制水泥砌筑砂浆,应满足《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98-2010)规定的和易性、强度等级及黏结力。
1 特细砂砂浆相关性能研究
1.1砂的种类对砂浆性能的影响
在保证稠度为7.5cm左右时,采用P.S32.5普通硅酸盐水泥、灰砂比为1:3.2与1:2.8配制砂浆,研究砂的种类对砂浆物理、力学性能的影响,试验结果见表1。
由表1可以看出,当稠度控制在规定范围内灰砂比相同时,特细砂需水量较大,原因是特细砂的颗粒较细,总表面积较大,则砂浆中需要包裹砂粒表面的水泥浆较多,需水量就大,湿容重较小,质量较轻。特细砂表面光滑,容易流动,中砂颗粒较大,体积收缩较小,特细砂的分层度较大。用特细砂配制的砂浆7、28d抗压强度比用中砂配制的砂浆的强度小。原因是天然特细砂颗粒细,表面相对光滑,所配制的砂浆流动性较好,
但砂浆强度低;而中砂表面粗糙,所拌砂浆流动性差,表面棱角较多,活性较高,与水泥在界面上黏结强度高,从而砂浆强度高。
中砂砂浆强度由7d到28d增长的速度要比特细砂砂浆快,原因是特细砂粒径较细,级配单一,骨架支撑作用较弱,拌和物受力较差;在相同的养护龄期内,特细砂砂浆和中砂砂浆强度均有较大幅度的增长。
1.2水泥种类对砂浆性能的影响
水泥等级对砂浆性能会产生较大的影响。在保证稠度为7.5cm左右,相同试验条件下,研究不同种类的水泥对特细砂砂浆物理、力学性能的影响,试验结果见表2。
由表2可以看出,由P.S32.5水泥配制的砂浆需水量较大,质量较重,水泥种类对分层度影响不大。P.S42.5水泥配制的砂浆7、28d抗压强度大于P.S32.5水泥配制的砂浆,这表明,水泥等级越高,其在早期水化消耗的水量相应越多,早期水化产物增多,促使早期强度提高。同时,从两种水泥配制砂浆时的成型效果上来看,P.S42.5水泥配制的砂浆收缩率较大。高强度的水泥提高了水泥的细度,水泥越细,比表面积越大,水泥砂浆的收缩率越大。在灰砂比相同时,用P.S42.5水泥配制的砂浆强度较高,其7d到28d抗压强度增长较快。
1.3灰砂比对砂浆物理性能及强度的影响
灰砂比对特细砂砂浆的力学性能会产生较大的影响。配制的特细砂砂浆,首先要保证其达到强度要求与施工性能水泥浆体的需求量取决于砂子间的孔隙率和砂子总表面积的大小,降低砂子孔隙率和总表面积可以减少水泥浆量。若灰砂比过小,水泥浆体数量不足,则砂浆拌和物的性能难以保证;若灰砂比过大,将导致砂浆收缩大,易开裂。因此,灰砂比是关系到砂浆技术经济性的一个很重要的指标灰砂比对特细砂砂浆物理、力学性能的影响见表3。
由表3可知:随着灰砂比的增大,水灰比明显减小,湿容重呈现增大的趋势,抗压强度增大。原因是随着灰砂比的增大,单位体积砂浆中水泥浆体量增加,包裹细骨料的量增加,从而砂浆的抗压强度增大。随着灰砂比的逐渐增大,为了保持砂浆稠度不变,砂浆的用水量逐渐减少,而用水量减少也同时使砂
浆的分层度逐渐减小,当灰砂比为1:3.69时,砂浆的分层度为3cm,此时已经出现较为严重的泌水离析现象,砂浆的和易性不佳,因此在实际施工中应考虑灰砂比过小带来的不良影响。在稠度基本不变的情况下,砂浆的湿容重随着灰砂比的增大逐渐提高。随着灰砂比的增大,砂浆的抗压强度逐渐提高。在砂浆稠度基本不变的前提下,在配制过程中可以看到随着灰砂比的增大,砂浆28d干缩是逐渐减小的。虽然水泥用量增大,砂浆的干缩理应逐渐增大,但用水量减小,砂浆的干缩逐渐减小,在两者综合影响下,最终仍然是用水量的影响占主导地位。
1.4粉煤灰掺量对砂浆性能的影响
砂浆中用粉煤灰等量取代水泥,粉煤灰活性较低,砂浆早期及28d龄期强度降低,随着龄期的延长,掺粉煤灰的砂浆强度可逐步赶上不掺粉煤灰的砂浆强度。砂浆内水泥用量减少,则减少了砂浆发热量,可以改善和易性,提高抗渗性,故砂浆中用粉煤灰等量取代水泥的方法常用于大体积砂浆。砂浆中掺入粉煤灰时,常与减水剂、引气剂或阻锈剂同时掺用,称为双掺技术。减水剂可以克服某些粉煤灰增大砂浆需水量的缺点;引气剂可以解决粉煤灰砂浆抗冻性能较差的问题;阻锈剂可以改善粉煤灰砂浆抗碳化性能,防止钢筋锈蚀对粉煤灰等量取代水泥(最大取代率30%)的砂浆进行了配制与对比试验,测定了粉煤灰对水泥砂浆的影响规律,作出了相应的影响曲线,并确定了其在砂浆中的合理掺量。粉煤灰掺量对砂浆物理性能及强度的影响见表4。
由表4可知:在砂浆稠度值控制在7.5cm时,随粉煤灰掺量的增加,水灰比下降。在砂浆中掺入粉煤灰后,砂浆的分层度随着粉煤灰掺量的增加逐渐增大,但是变化不大。在砂浆中掺入粉煤灰,砂浆的湿容重总体上减小,但是减小的幅度不大。当灰砂比控制在1:2.8、粉煤灰掺量为10%以下时,砂浆的28d抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而增大;在掺量为10%时出现了最大值,然后减小;在掺量为15%时,强度值又跌入谷底;掺量在20%时,强度值出现了峰值,然后减小;在掺量为30%时和没有掺粉煤灰的砂浆强度相同。总体来说掺量在30%以内,抗压强度都有所增大。在砂浆配制过程中,可以观察到,随着粉煤灰掺量的增加,砂浆的收缩总体上来看是逐渐减小的,砂浆早期收缩较大、强度低,后期收缩速率变慢,凝结时间延长。掺有粉煤灰的砂浆比不掺粉煤灰的砂浆抗压强度增长的速率快,掺量为10%的砂浆抗压强度增长的速率最快,其抗压强度也最大,因此等量掺粉煤灰时,掺量在10%左右是合理经济的。
2 特细砂砌筑砂浆配合比试验结果分析
砂浆按用途可分为砌筑砂浆、抹面砂浆、防水砂浆等,这里对采用特细砂配制的砌筑砂浆的配合比进行设计。砌筑砂浆强度的高低、性能的优劣,是影响砂浆质量的重要因素。因此,如何正确计算砂浆的强度和设计其配合比,成为建筑工程界研究的一个课题。
湿容重及7、28d抗压强度描述统计量见表5,表5是通过SPSS软件对表3的试验数据进行分析计算所得。
由表3的试验结果和表5的计算分析可以看出,稠度控制在7.5cm、灰砂比为1:1、水灰比为0.45时,7d抗压强度为16.00MPa,28d抗压强度为26.00MPa,出现了极大值,满足工程对砂浆质量与和易性的要求。
7d强度、28d强度、灰砂比、水灰比和湿容重各因素两两之间的相关性见表6。表6由两部分组成,上部分表示影响7、28d抗压强度的各个因素之间简单的相关关系,但相关系数不一定准确。可以看到,湿容重与7、28d抗压强度的显著性都大于0.05,没有必然的相关性,因此应该进行以湿容重为控制变量的偏相关分析。由表6下部分可以看到,水灰比与28、7d抗压强度之间的相关概率都大于0.05,也没有必然的相关关系。而灰砂比与抗压强度的相关概率都为0,小于0.01,为极显著,有必然的相关关系。
为探讨水灰比、湿容重、灰砂比与28d抗压强度是否存在线性相关,进行方差分析(差异性显著的检验值P一般与0.05或0.01比较,若小于0.05或者0.01则表示差异显著)。通过逐步最优方程检验,引入预测变量灰砂比时,相关性概率P=0,结果显示28d抗压强度依灰砂比的逐步线性回归方程达到显著水平,两者之间存在着真实的直线回归关系。而水灰比与28d抗压强度的相关概率为0.985,相关性为不相关;湿容重与28d抗压强度的相关概率为0.140,相关性为不相关。因此,水灰比与湿容重两个因素被排除。
灰砂比对7、28d抗压强度影响的散点线性拟合见图1灰砂比SPSS回归分析见表7。表7给出了所拟合的模型的检验报告,包括拟合优度、模型的检验结果和各个系数值,从检验结果看,模型均有统计学意义。在回归曲线中,模型的简洁性和拟合优度的高低同样重要,拟合优度太高的模型往往对新样本的拟合度较差,笔者认为在这种情况下选择参数较少的模型为宜,因此最终选择一次线性模型。
根据试验统计及相关分析显示,灰砂比与砂浆强度密切相关,是衡量砂浆强度的一个计算变量。通过回归分析,确定出这种特细砂7、28d强度方程,可以此来预测不同龄期的砂浆强度。同时统计分析结果表明,使用特细砂配制的建筑砌筑砂浆强度完全符合一般工程的需求,对其加以大规模利用是可行的。由于不同产地、不同种类、不同细度模数的砂子,水泥种类不同,配制砂浆强度不同,因此此公式的一次项系数及常数项具有误差,有待进一步试验分析。
3 结语
当稠度控制在规定范围内、灰砂比相同时,特细砂需水量较大,用特细砂配制的砂浆7、28d抗压强度比用中砂配制的砂浆的强度小。特细砂表面光滑,容易流动,中砂颗粒较大,体积收缩较小,特细砂的分层度较大。